金鸡滩煤矿乳化液泵站系统优化设计.pdf

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 influencing the dynamic characteristics of the valve. Finally, a simulation analysis is carried out to improve the pumping station system based on the actual problem of the coal emulsified pumping station system. In this paper, combined with practical experience, the emulsion pump system modeling and simulation analysis, provides reference for the debugging and improvement of system, shorten the pump station system maintenance time, maximize benefits. Key words Emulsion Pump; Electromagnetic Unloading Valve; The Relief Valve; Job Characteristics Thesis Application Research 万方数据 目录 I 目录 1 绪论 .................................................................... 1 1.1 课题研究的目的及意义 ............................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状分析 ................................................................................................... 2 1.2.1 国外矿用乳化液泵站的现状及发展趋势 ......................................................... 2 1.2.2 国内矿用乳化液泵站的现状及发展趋势 ......................................................... 3 1.3 本课题研究的主要内容和技术路线 ........................................................................... 3 2 乳化液泵站系统 .......................................................... 5 2.1 乳化液泵站 ................................................................................................................... 5 2.2 乳化液泵站工作原理 ................................................................................................... 6 2.3 乳化液泵站主要部件 ................................................................................................... 7 2.3.1 乳化液泵 ............................................................................................................ 7 2.3.2 安全阀 ................................................................................................................. 7 2.3.3 卸载阀 ................................................................................................................ 8 2.3.4 电气控制装置 .................................................................................................... 8 2.4 本章小结 ....................................................................................................................... 9 3 安全阀与卸载阀的数学模型 ............................................... 10 3.1 安全阀 ........................................................................................................................ 10 3.1.1 安全阀机械结构 .............................................................................................. 10 3.1.2 受力分析 ........................................................................................................... 11 3.1.3 数学模型 ........................................................................................................... 11 3.2 卸载阀 ........................................................................................................................ 12 3.2.1 机械结构 .......................................................................................................... 12 3.2.2 受力分析 .......................................................................................................... 13 3.2.3 数学模型 ........................................................................................................... 14 3.3 本章小结 .................................................................................................................... 15 4 仿真模型的建立 ......................................................... 16 4.1 AMEsim 软件介绍 ..................................................................................................... 16 4.1.1 软件结构 .......................................................................................................... 16 4.1.2 液压库介绍 ...................................................................................................... 16 4.2 安全阀仿真模型 ........................................................................................................ 17 4.2.1 仿真模型 .......................................................................................................... 18 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 II 4.2.2 参数设置 .......................................................................................................... 18 4.2.3 仿真结果及分析 .............................................................................................. 18 4.3 电磁/机械卸载阀 ....................................................................................................... 21 4.3.1 电磁卸载仿真模型 .......................................................................................... 21 4.3.2 机械卸载仿真模型 .......................................................................................... 24 4.4 本章小结 .................................................................................................................... 27 5 乳化液泵站系统实际问题及原因分析 ....................................... 28 5.1 泵后压力脉动大，管路抖动剧烈问题 .................................................................... 28 5.2 泵有流量输出但无压力或不足问题 ........................................................................ 29 5.3 泵出口压力突然升高问题 ........................................................................................ 31 5.3 仿真与实际使用情况对比 ........................................................................................ 32 5.4 本章小结 .................................................................................................................... 32 6 结论与展望 ............................................................. 34 6.1 结论 ............................................................................................................................ 34 6.2 研究展望 .................................................................................................................... 34 致谢 ..................................................................... 36 参考文献 ................................................................. 37 万方数据 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题研究的目的及意义 金鸡滩煤矿综采支护设备的动力源泉来源于乳化液泵站， 是专用小型推移式注液设 备，主要由外注式单体液压支柱和液压支架组成，用于支护作业的更换维修。作为煤矿 井下支护作业和安全生产的重要装备与工具， 其传动方式简单可靠， 量大面广,具有安全 可靠、移动灵活轻便、操作简单，无污染、节能和工作平稳可靠的特点，在运行中因压 力平稳、流量均匀、运转平稳、脉冲小、噪音小、介质温度低、强度大，常用于煤矿掘 进头、坑道口和回采工作面，是实现煤矿安全生产的不可缺少的设备。同时还广泛适用 于玻璃清洗、管道清洗、工程掘进、工件清洗等方面，市场的需求量特别大。 乳化液泵站作为煤矿关键支护设备液压支架的动力装置， 是煤矿综采机械化的重要 组成部分。 由乳化液泵站与液压支架各执行液压缸之间形成了一个多级多单元分布式的 液压系统结构，升柱、降柱、移架和推溜等动作是液压支架在支护过程中的一个工作循 环，支架单元之间以及单元内的每个执行液压缸的动作存在非连续地间断性，从而导致 各液压缸的负载存在很大不确定性。同时，液压支架的传动装置在任何瞬间都处在准备 工作的状态中，因而，液压系统中也始终保持着恒定的压力。最大流量甚至可达 400L/min，最高工作压力达到 40 MPa。乳化液泵站系统中各安全元件、控制元件和辅 助元件等的好坏直接影响着液压支架的工作性能和使用效果，影响井下设备运行安全 [1,2]。 乳化液泵站在井下综采工作面生产过程中， 井下生产工作环境等因素的好坏直接影 响乳化液泵的运行状态，确保乳化液泵的正常可靠运行，是防治出现机械设备安全及次 生安全、实现提高采煤工作效率的重要保障，与矿井安全生产密切相关。 陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿于 2014 年 7 月建成， 目前处于试生产阶段， 但在试生产过程中，乳化液泵站及液压支架系统出现了诸多问题，如乳化液泵站供液不 均匀，随着介质管长度变化泵站卸载频率波动较大，液压支架初升力不足，卸压冲击过 大，移架速度不同步，系统管路损失较大等因素，给矿井的安全、生产带来了隐患，系 统压力冲击造成泵站系统维修维护频繁，检修时间长，不利于高效稳定生产。 本文利用 AMEsim 系统仿真软件对乳化液泵站系统及系统安全阀与卸载阀进行仿 真及分析，找出产生上述问题的原因和影响乳化液泵站系统性能的因素，并提出一些解 决方案，以最大限度的避免以上问题对系统破坏，这对金鸡滩煤矿井下安全、稳定、高 效生产具有指导意义。 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 2 1.2 国内外研究现状分析 1.2.1 国外矿用乳化液泵站的现状及发展趋势 英国雷波、 德国卡马特和豪辛柯作为国内大型煤矿进口的乳化液泵主要来自三家公 司供应商， 其产品全部采用卧式三柱塞结构代表了世界上矿用乳化液泵设计制造的水平 和发展方向。着重从产品的可靠性和安全性入手，采用先进的电控系统技术为泵站提供 齐全的监控保护功能。减少人为操作失误。致力于高效高产机械化综采工作面中央集中 控制。 国内引进量较大的英国雷波公司 S300 型乳化液泵，泵额定压力 37.5MPa，额定流 量 315L/min，卧式三柱塞结构。泵部件由缸套、泵头体、吸排液阀等组件组成。缸套内 使用多个小弹簧压紧盘根密封，密封可靠，压紧力均衡，寿命长。泵头体为整体锻件， 内部密封圈少，强度高，维修方便。柱塞为陶瓷材质，密度较小，耐磨、防锈、使用寿 命长。润滑油的冷却有水冷和强制风冷两种方式，满载平衡时温度不超过 50℃，冷却效 果良好。设置独立的冷却器对压力润滑油进行冷却的同时，通过联轴器上的机座壳体和 风扇的作用，形成离心风机，实现强制风冷。乳化液泵的卸载由控制系统根据设定压力 自动控制卸载和加载，采用电控外卸载方式实现卸载过程。监控系统传感器有液位、压 力、温度等传感元件组成，实时监控泵站系统的运行过程并在发生异常时自动停机。 乳化液泵和乳化液箱设有一台分控箱负责监控相应设备， 将相应设备运行数据传送 到总控箱， 一台总控箱负责设定整套泵站的参数和监控， 与地面集控设备形成远程通讯。 整套电控系统的功能能够实现乳化油箱的油位保护和乳化液箱自动补液、配比；乳化 液泵润滑油压、油位、油温的检测保护；电磁卸载阀的自动控制；每台控制箱都可显示 系统运行参数[3]。 煤矿工作环境需要高可靠性的设备， 国外企业对乳化液泵的核心零件一直在进行改 进，目前国外乳化液泵的压力等级可以达到 100MPa，乳化液泵的柱塞采用了锻钢材料， 并在表面涂覆镍层，以增强耐磨性，提高寿命。国外企业的热处理手段也相对较高，通 过合理的热处理使零件具有更高的耐用性。 乳化液泵属于容积式泵， 零件的精度要求高， 因此对介质的清洁度也有很高的要求。针对煤矿特殊工作环境，国外企业对密封零件也 在持续改进，采用了压盖填料，无需润滑，通过内部负载的弹簧自动调节。所有工作部 件完全密封，使设备能够在充满灰尘的环境中或者其他危险情况下运行。 国外目前对乳化液泵站系统的研究方法普遍采用计算机仿真与实际试验相结合的 方式。无论是乳化液泵还是泵站系统，在前期设计时充分使用了计算机仿真手段，通过 使用计算机模拟设备工作工况，发现问题，进而改进泵结构参数或系统结构，再进行计 算机仿真和实际试验，将仿真结果与实际试验结果进行比较，通过比较发现仿真模型与 万方数据 1 绪论 3 实际的差距，进而改进仿真模型，使其完善。这种方式的优点是降低了研发成本、缩短 了产品研发周期，以及对产品的特性更深刻的认识。 1.2.2 国内矿用乳化液泵站的现状及发展趋势 国内矿用乳化液泵厂家主要基于对乳化液泵站集成系统的研究和开发， 且起步都比 较晚，集成系统的技术水平相对比较落后，对核心部件的设计，大多是以仿制为主。 国内目前引进了一些国外先进设备，对国外的先进产品进行消化吸收，缩短差距。 另外，通过在使用现场跟踪使用情况，维修现场了解维护情况，收集有用的资料。特别 是利用维修机会对乳化液泵的关键元部件，如曲轴，滑块，柱塞，吸排液阀等进行材料 分析，尺寸测绘，逐步实现国产化。 乳化液泵站的设计充分利用国外的先进理念和研究成果，结合我国的制造工艺水 平，开发出满足高产高效综采工作面使用的泵站系统，实现替代进口产品的目标。我国 的矿用乳化液泵站制造水品与国外的差距是客观存在的，从高起点入手，消化吸收国外 的先进技术，尽快缩短同世界先进国家在矿用乳化液泵站制造水平上的差距。 国内泵站大多以 PLC 作为控制中心实现简单的顺序控制，集成系统结构相对比较 简单。两泵一箱配置然是国产乳化液泵站目前的配套基础，为满足工作面支架的用液量 只能通过增大单台乳化液泵的流量来实现。 近年来随着大型矿井机械化、自动化程度越来越高，对乳化液泵站的要求就越来越 高，越来越重视。同时为了优化国内乳化液泵站控制系统，进一步提高系统的可靠性和 简易性。不断引进国外先进采煤设备和技术的前提下，一些科研单位也在积极地开发具 有自主知识产权的乳化液泵站集成控制系统，像浙江中煤、淄博博山防爆电器厂等厂家 和高校开始研制乳化液泵站集成系统。目前国产乳化液泵站集成系统功能因不够完善， 仍没有广泛推广应用，还存在很多劣势和亟需改进的地方，国内市场占有率很低。在新 型材料的使用方面，太原煤科院尝试使用陶瓷材料作为乳化液泵柱塞表面喷层，来提高 泵的使用寿命。吸排液阀的结构型式上，也有厂家采用平面密封的片式阀结构。 1.3 本课题研究的主要内容和技术路线 本文主要从以下几个方面进行研究 1）基于 AMEsim 软件建立乳化液泵站系统简化模型。 2对乳化液泵站系统运行工况进行仿真分析，寻找产生泵站卸载频率波动较大，液 压支架初升力不足，卸压冲击过大等问题根源。 3）根据仿真发现产生问题的原因，改进系统，并仿真验证。 4）在实际应用中对仿真结果进行验证。 5）对仿真结果与实际应用结果进行分析对比。 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 4 针对上述研究内容，本文拟采用的技术路线图如下图 1.1 所示。分八个阶段进行。 对乳化液泵站核心部件进行分析，得到仿真模型，通过仿真与实际对比调整参数得到一 个较合理的结果。 乳化液泵站文献资料收集 乳化液泵站文献资料收集 泵站、卸载阀和安全阀原理分析 泵站、卸载阀和安全阀原理分析 卸载阀和安全阀数学模型建立 卸载阀和安全阀数学模型建立 完成设计 完成设计 是否符合设计 要求 是否符合设计 要求 否 是 仿真模型建立和参数设置 仿真模型建立和参数设置 仿真结果分析 仿真结果分析 与实际运行参数对比 与实际运行参数对比 总结 总结 图 1.1 技术路线图 万方数据 2 乳化液泵站系统分析 5 2 乳化液泵站系统分析 2.1 乳化液泵站 乳化液泵站作为煤矿关键支护设备液压支架的动力装置， 是煤矿综采机械化的重要 组成部分。由乳化液泵站与液压支架各执行液压缸之间形成的液压系统结构，是一种把 机械能转化为液压能的能量转化装置。综采工作面的液压支架之所以能够支撑顶板，并 能实现移架、调架、防倒、防滑、护壁、推移刮板运输机等动作，都是乳化液泵站供给 的压力液使各种千斤顶动作的结果。升柱、降柱、移架和推溜等动作是液压支架在支护 过程中的一个工作循环，支架单元和每个执行液压缸的动作存在非连续地间断性，从而 导致各液压缸的负载存在很大不确定性。 乳化液泵站输出到液压系统工作液流量， 必须随支架各执行机构的负载流量特性而 调节，支架液压系统与泵站要多次地切断或接通，在液压支架工序间间歇时间内，泵站 要提供补充系统泄漏所消耗的工作液。泵站实际生产过程中运转的间歇时间不确定，时 长时短。 图 2.1 某新型五柱塞乳化液泵 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 6 图 2.2 支架现场图 2.2 乳化液泵站工作原理 乳化液泵站的组成有乳化液泵、乳化液箱和其它附属设备。主要用于为液压支架提 供一定流量的具有压力的工作液体。 乳化液泵一般为卧式五柱塞泵或卧式三柱塞泵，与一般油泵相比，油泵采用矿物油 为工作介质。由于在运行中工作介质的不同，在结构上有两个明显的特征1）乳化液 的润滑性能差。因此，工作部分与传动部分必须隔开，必须用专用润滑油对传动部分进 行润滑；2）乳化液的泵的压力高、粘度低。因此，柱塞和缸筒之间必须采用密封圈密 封，不能采用间隙密封。 乳化液箱是沉淀、过滤、回收和存储乳化液的设备，它与乳化液泵一起向工作面支 架系统提供具有特定压力的工作介质。 断路器和吸液过滤器分别起到防止乳化液箱的泄 漏和过滤乳化液的作用。 卸载阀的作用是保护整个液路系统及乳化液泵本身。 当系统工作压力小于乳化液泵 所排出的介质压力的情况下，乳化液泵通过卸载阀卸载乳化液泵排出的多余压力，使系 统压力维持在工作压力；但当液压支架压力下降时，乳化液泵立即供液以支架恢复压力 和流量，保证采煤工作面的正常工作和顶板安全。 万方数据 2 乳化液泵站系统分析 7 2.3 乳化液泵站主要部件 2.3.1 乳化液泵 乳化液泵站系统的核心部件就是乳化液泵， 其可靠性和工作性能对整个液压支架系 统起到决定性的作用。乳化液泵本质上是容积式泵，靠腔内体积变化实现吸排液体，柱 塞和缸孔的配合间隙越小，泵的容积效率越高。持续高压状态下工作，要求对乳化液的 清洁度必须非常高。 乳化液泵结构一般为卧式三柱塞泵。 泵的结构是采用曲柄连杆机构推动柱塞使柱塞 腔容积减少时完成柱塞的排液行程， 乳化液在柱塞推力作用下打开排液阀进入支架液压 系统；曲柄连杆机构带动柱塞远离柱塞腔时完成柱塞吸液行程，这时柱塞内的密闭空间 增大形成负压，乳化液从乳化液箱在大气压力作用下打开吸液阀进入柱塞腔。曲轴旋转 一周完成柱塞的一个往复行程即完成该柱塞的一个吸排液过程[10]。 下图 2.3 为乳化液泵在井下的现场图，泵站所处位置的工作环境相当恶劣，乳化液 泵长期稳定可靠的工作是开采工作能搞顺利进行的重要保证。 图 2.3 乳化液现场图 2.3.2 安全阀 对乳化液泵过载保护起作用的是安全阀， 安全阀是的乳化液泵系统中重要的安全装 置，在乳化液泵站的液压系统正常工作时，安全阀不起作用，处于常闭状态。但当液压 系统压力突然升高，且卸载阀发生故障，该动作而未动作未能及时卸载系统压力的情况 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 8 下，安全阀开启，使泵出口的液体经安全阀的泄流口排出，从而使泵的出口压力受到限 制，不再升高，使泵处于安全状态。 2.3.3 卸载阀 卸载阀是乳化液泵系统中又一最重要的液压元件。 它的功能是使乳化液泵系统的工 作压力不超过设定压力值，同时在综采工作面支架达到设定初升力不需用液时，将泵排 出的多余液体直接返回乳化液箱，自动把泵与工作面的供液系统切断，使泵在空载状态 下转动。当综采工作面支架因压力下降需要用液时，向工作面提供高压乳化液，自动地 接通工作面液压系统， 从而减少系统发热， 降低电机能量消耗， 延长乳化液泵使用寿命。 图 2.4 为卸载阀的外形示意图，由图可以看出，该卸载阀结构紧凑，具备电气接口 和液压接口，功能完备。可以电磁控制，也可以手动控制卸载[6-8]。 图 2.4 卸载阀示意图 液压支柱和液压支架的升柱、推溜、移架等动作工作过程具有间断随机性，要求所 需时间极短，为满足工作面液压系统随时加载和卸载，要求乳化液泵间断性的及时向系 统地提供高压油液。乳化液泵站系统中卸荷阀的功能就是能够实现泵与卸载回路间供、 排液的自动切换，整个工作过程使泵站系统保持升压--卸载--升压连续运行状态。其具 体功能包括一是当液压支架需要用液或压力下降时，能够自动切断卸载回路，使乳化 液泵立即恢复向支架系统供液，确保工作面的正常工作。二是当综采工作面支架系统停 止用液时，使泵排出的乳化液自动返回到乳化液箱，起限压保护作用。 2.3.4 电气控制装置 为对乳化液泵曲轴箱中润滑油油位，油压及油温进行监控，每台泵都安装有监控继 电器，可以对泵曲轴箱内润滑油进行监测。当曲轴箱内润滑油低于限定的最低油位时， 万方数据 2 乳化液泵站系统分析 9 发光二极管显示油位过低信号，安装在液箱上的警铃处发报警，监控继电器切断泵的电 机电源，使泵停止运转。 润滑系统也设置有电气监测和控制装置，通过预先调定润滑油报警压力，当润滑系 统中润滑油压力低于预先设定值时，发光二极管显示油压不足信号，同时液箱上的警铃 响起，监控继电器使泵停止运转。 另外通过预先设定最高油温为 85℃， 对温度进行电子监测。 当箱体油池内的润滑油 油温超过设定油温时，发光二极管显示油温过高，同时响起警铃，信号将传递到监控继 电器，监控继电器切断泵的点击电源，使泵停止运转[2]。 图 2.5 矿用隔爆兼本安型控制箱 在液压支架一侧，为从压力传感器采集泵站供给支架系统中的压力值，每个液压支 架安装微处理器，收集支架的相关数据参数传输给中央控制器。当支架液压系统的压力 超过卸载阀电子控制系统预先设定的卸载压力， 由微处理器控制电路断开电磁先导阀电 源，电磁先导阀打开，滑阀开启，卸载阀卸载。当支架液压系统的压力降低到预先设定 恢复压力时，由微处理器控制电路向电磁先导阀供电，电磁先导阀关闭，滑阀关闭，卸 载阀向工作面液压系统加压[15]。 乳化液泵本身具有三级保护。电磁先导阀是控制压力的一级保护，机械先导阀是二 级保护，安全阀是第三级保护。 如图 2.5 所示，各种控制按钮都设置在控制箱上，控制箱上配置有液晶显示屏，方 便设置与控制。 2.4 本章小结 本章阐述了乳化液泵站系统的工作原理， 对乳化液泵站系统工作中各部件的工作过 程进行了分析。明确了乳化液泵站系统的组成，对乳化液泵并简要分析了卸载阀和安全 阀在乳化液泵站系统中的作用，以及乳化液泵站系统电气控制装置的主要功能。 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 10 3 安全阀与卸载阀的数学模型 安全阀和卸载阀是乳化液泵站系统的重要元件， 其性能对乳化液泵站系统有的工作 性能有很大影响。 安全阀和卸载阀均处于乳化液泵后， 二者均用于对泵后压力进行控制， 卸载阀在安全阀后，处于第一级压力控制，安全阀处于第二级压力控制。泵正常工作时 主要是卸载阀控制泵后压力，使泵能够按要求及时升压和卸载。当出现意外情况时，比 如工作面负载突然增大导致泵后压力突然升高，安全阀开始工作，使泵后压力不会超过 泵所能承受的最大压力，避免泵被损坏，保护泵站系统。安全阀和卸载阀按工作的优先 级来划分，安全阀优先于卸载阀，也就是即使卸载阀不工作，安全阀也必须可以工作。 卸载阀要求在系统压力降低时及时升压，保证工作面支架可靠工作，在达到预设压力后 及时卸载，避免能量过多损耗。安全阀主要是应对意外事件，从响应时间上来考虑，安 全阀要求快速响应，以避免压力飞升过快，损坏泵站。因此安全阀和卸载阀对于乳化液 泵站来说，是安全和高效工作的保证，有必要对其进行分析研究。本章对其结构和工作 特性进行理论分析，为后续仿真提供理论支持。 3.1 安全阀 3.1.1 安全阀机械结构 1 螺座 2 阀体 3 锁紧螺母 4 密封圈 5 密封圈 6 挡圈 7 阀座 8 阀芯 9 套 10 弹簧座 11 小弹簧 12 弹簧 13 调节螺座 图 3.1 安全结构简图 安全阀结构如上图 3.1 所示。属于直动式溢流阀，阀芯与阀座为锥面密封，阀芯与 阀体上的内孔配合，阀座为单独零件，与阀体的连接方式是螺纹连接，调压结构采用了 万方数据 3 安全阀与卸载阀的数学模型 11 双弹簧结构。 该阀阀芯有一段圆柱，与阀体内孔配合，有利于阀芯沿轴向运动的稳定性；双弹簧 结构相对于单弹簧结构，弹簧力相对于压缩量的线性度更好；可拆卸阀座便于后期的维 护。 3.1.2 受力分析 安全阀工作时，主要依靠阀芯的运动来实现对压力的控制。下面对阀芯的受力进行 分析。 阀芯受力如下图 3.2 所示。 图 3.2 阀芯受力简图 阀芯沿轴向主要受到弹簧座传递的弹簧力、阀芯垂直轴向的作用面上的液压力、阀 芯与阀体孔间的摩擦力，以及液动力。本文主要考虑稳态液动力的影响。 3.1.3 数学模型 通过前面对安全阀阀芯的受力分析， 对安全阀建立数学方程来描述阀芯与相关部件 的物理关系[31]。 （1）弹簧力 kXFt （3.1） FT弹簧力（N）； K弹簧刚度（N/mm）； X弹簧压缩量（mm）； （2）液压力 PAF （3.2） F液压力（N）； △P主阀液压受力两侧的压差（MPa）； （3）液压卡紧力； 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 12 pLDfF kK2 27.0 （3.3） FK液压卡紧力（N）； f摩擦系数，取阀 f0.04～0.08； L主阀芯与阀套的配合长度（cm）； D2主阀芯直径（cm）； p阀前油腔压力（bar）； （4）稳态液动力轴向分力 11111 2sinXpDCFy （3.4） Fy稳态液动力（N）； C1流量系数； D1阀芯直径（cm）； α2液流角（ ）； p1阀入口压力（bar）； X1主阀阀口的开口量（cm）。 由（1）～（4）可得到主阀受到以上各力后的平衡方程为 kXFK△PAFy （3.5） 3.2 卸载阀 3.2.1 机械结构 卸载阀是乳化液泵系统中又一最重要的液压元件。 它的功能是使乳化液泵系统的工 作压力不超过设定压力值，同时在综采工作面支架达到设定初升力不需用液时，将泵排 出的多余液体直接返回乳化液箱，自动把泵与工作面的供液系统切断，使泵在空载状态 下转动。当综采工作面支架因压力下降需要用液时，向工作面提供高压乳化液，自动地 接通工作面液压系统， 从而减少系统发热， 降低电机能量消耗， 延长乳化液泵使用寿命。 万方数据 3 安全阀与卸载阀的数学模型 13 图 3.3 卸载阀结构示意图 3.2.2 受力分析 卸载阀的主阀受力分析间图，如下图所示，静态分析只考虑静压力和弹簧力作用， 未考虑摩擦力等因素。 图 3.4 卸载阀主阀受力示意图 卸载阀相对于安全阀，结构较复杂，本质上属于先导控制的溢流阀。如图所示，先 导压力 P2 作用在主阀的一侧，同时有弹簧对主阀的作用力 Fk，主阀的另一侧作用的是 泵出口压力，也就是主阀进口压力 P1。先导阀不开启时，主阀芯阻尼孔前后压力 P1 与 P2 相等，在主阀弹簧的作用下，主阀处于关闭状态。当工作侧压力升高到设定值，控 制活塞推动先导阀芯，使先导阀开启,先导阀开启后，主阀中心阻尼孔内有流量 q 通过， 主阀弹簧侧与进口侧产生压差，该压力差与弹簧力进行比较，当先导侧流量增加，阻尼 孔处压降增大到一定程度，主阀两侧压差作用下，克服弹簧力作用，主阀开启，泵出口 万方数据 西安科技大学非全日制工程硕士学位论文 14 流量通过主阀流至乳化液箱，由于单向阀的作用，控制活塞处压力保持与负载端相近。 泵出口压力被限制，泵处于低压力。 3.2.3 数学模型 在建立卸载阀的数学模型过程中，为了便于分析，以主阀作为主要研究对象，只考 虑液压和机械作用。 卸载阀的主阀和先导阀在类型上属于溢流阀，其基本原理与前述安全阀类似。以下 对卸载阀的稳态工况进行分析[